ÁREA: Materiais
TÍTULO: SÍNTESE RÁPIDA E NÃO POLUENTE DE MATERIAIS MICRO E NANOESTRUTURADOS
AUTORES: Borges Ribeiro, J. (UFU) ; Zacour Marinho, J. (UFU) ; Cristina de Lima, R. (UFU)
RESUMO: No presente trabalho foram preparadas microestruturas e nanoestruturas de óxido de
zinco puro e dopado com íon cério a 130 ° C, com taxa de aquecimento de 10ºC/min
em diferentes concentrações: 2% e 4% em mol de cério. As sínteses foram realizadas
utilizando o método hidrotérmico assistido por micro-ondas e devidamente
caracterizadas por Difração de Raios-X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura
por emissão de campo (MEV-FEG).
PALAVRAS CHAVES: método hidrotérmico; ZnO; íon cério
INTRODUÇÃO: A procura por novos nanomateriais vem crescendo de modo considerável nos últimos
anos. Visando esta procura, torna-se necessária a criação de novas técnicas para
a obtenção dos mesmos (WEI et al., 2005). O objetivo deste trabalho foi a
obtenção e o estudo do óxido de zinco dopado com íons terra-rara via método
hidrotérmico assistido por micro-ondas, o qual é um interessante método de
síntese para obtenção de nanopartículas, permitindo obter óxidos em temperatura
controlada (MARINHO et al., 2012). Se comparada a demais metodologias, esta
apresenta vantagens relevantes tais como, baixa poluição do ar, economia de
energia, redução no tempo de síntese, fácil manuseio com os reagentes e melhora
na uniformidade micro estrutural das amostras obtidas (VOLANTI et al., 2007).
Dentre as possíveis aplicações, é de grande interesse a obtenção de dispositivos
em catálise e sensores (FRIETSCH et al., 2000; CARRENO et al., 2003). Além
disso, semicondutores dopados com íons terra-rara se tornaram foco de inúmeras
investigações devido às suas propriedades ópticas e aplicações promissoras em
dispositivos optoeletrônicos (LANG et al., 2010).
MATERIAL E MÉTODOS: Partindo de um método químico baseado na hidrólise de um sal de zinco foram
preparadas as suspensões coloidais. Na síntese dopada com 2% de cério foram
dissolvidos 0,4339 g de acetato de zinco [Zn(C2H3O2)2] em 40 mL de água, com
posterior adição de 0,0209 g de nitrato de cério [Ce(NO3)3] e 0,1288 g de
uréia[(NH2)2CO]. Já na síntese dopada com 4% de cério foram dissolvidos 0,4175 g
de acetato de zinco [Zn(C2H3O2)2] em 40 mL de água, com posterior adição de
0,0412 g de nitrato de cério [Ce(NO3)3] e 0,1288 g de uréia [(NH2)2CO].Para a
preparação do óxido puro, utilizou-se a mesma metodologia, porém sem adição do
[Ce(NO3)3]. Uma fonte de íons hidroxila, solução de hidróxido de potássio (KOH)
em uma concentração 3M, foi adicionada às soluções até pH 12. As suspensões
coloidais formadas foram transferidas para um recipiente de
politetrafluoretileno e colocadas em um reator. Em seguida o reator foi fechado
e aquecido à 130ºC durante um tempo de 8 min, com taxa de aquecimento de
10ºC/min para todas as amostras. Os materiais obtidos foram centrifugados a 3000
rpm durante 5 minutos, lavados com água e etanol e secos em estufa a 60ºC por 2
horas.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A Figura 1 mostra os resultados de DRX para as referidas amostras. A formação da
fase hexagonal do ZnO foi verificada pelo padrão de difração de raios-x de
acordo com a ficha cristalográfica JCPDS 36-1451, indicando a incorporação de
íons cério na rede cristalina do óxido em questão. Pode-se observar que houve a
formação de uma estrutura cristalina monofásica, fase hexagonal do tipo wurtzita
tanto para as amostras de ZnO puro como para a dopada com 2% em mol de cério.
Essa possibilidade de incorporação dos íons na rede do óxido de zinco são
resultados promissores em relação à obtenção de novos materiais com propriedades
fotoluminescentes diferentes da apresentada para o óxido puro. Pode-se observar
que com o aumento da dopagem de íons cério (4% em mol) houve formação de uma
fase secundária correspondente ao óxido de cério (CeO2). Na Figura 2 são
apresentadas as imagens obtidas por MEV-FEG referentes às amostras de ZnO puro e
dopado com íons Ce2+. Nota-se que à medida que se aumenta a porcentagem de
dopagem o tamanho das partículas aumenta, resultando num crescimento irregular
de “varetas”. As partículas apresentaram morfologia não uniforme com tamanho em
torno de 500 nm.
Raio-X cério
Figura 1. DRX das amostras de ZnO puro e dopado
obtidos no tempo de 8 minutos.
FEG cério
FEG das amostras obtidas por tratamento hidrotérmico
(2a) ZnO puro, (2b) ZnO dopado com 2% em mol de
cério e (2c) ZnO dopado com 4% em mol de cério.
CONCLUSÕES: O método utilizado se mostrou eficiente na obtenção de nanopartículas com alto
grau de cristalinidade e curto tempo de síntese. As imagens de raios-X indicaram a
formação da fase hexagonal de ZnO para a amostra pura e dopada com 2% de cério,
revelando a formação de solução sólida com substituição dos íons Zn2+ por Ce2+. Um
pico relativo à fase cúbica de face centrada, referente ao CeO2, foi observado com
aumento da dopagem. A uréia proporcionou um ordenamento das partículas,
interferindo na morfologia dos materiais, na homogeneidade e tamanho das
partículas e nas propriedades dos mesmos.
AGRADECIMENTOS: FAPEMIG, CNPq, CAPES e LIEC-UFSCar.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: CARRENO, N. L. V.; LIMA, R. C.; SOLEDADE, L. E. B.; LONGO, E.; LEITE, E. R.; BARISON, A.; FERREIRA, A. G.; VALENTINI, A.; PROBST, L. F. D. 2003. Synthesis of Metal-Oxide Matrix with Embedded Nickel Nanoparticles by a Bottom-up Chemical Process. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 3: 516-520.
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LANG, J.; HAN, Q.; YANG, J.; LI, C.; LI, X. et al. 2010. Fabrication and optical properties of Ce-doped ZnO nanorods. Journal of Applied Physics, 107: 074302-1.
MARINHO, J.Z.; ROMEIRO, F.C.; LEMOS, S.C.S.; MOTTA, F.V.; RICCARDI, C.S.; LI, M.S.; LONGO, E.; LIMA, R.C. 2012. Urea-Based Synthesis of Zinc Oxide Nanostructures at Low Temperature. Journal of Nanomaterials, 2012: 1-7.
VOLANTI D.P.; CAVALCANTE L.S.; KEYSON D.; LIMA R.C.; DE MOURA A.P.; MOREIRA M.L.; MACÁRIO L.R.; JÚNIOR, M.G. 2007.Materiais nanoestruturados obtidos por síntese hidrotermal assistida de micro-ondas. Metalurgia e materiais, 63: 392-397.
WEI, H.Y.; WU, Y.S.; LUN, N.; HU, C.X. 2005. Hydrothermal synthesis and characterization of ZnO nanorods. Materials Science and Engineering A, 393: 80-82.
